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1、通信电子线路实验与设计报告 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 通信原理课程设计报告 课程设计题目：基于Quartus II的HDB3码编解码设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师姓名： 设 计 地 点 ： 目录序言3第一章 QuartusII软件及其相关简介41.1 Quartus II简介41.1.1 Quartus II基本特点41.1.2 Quartus II 功能介绍41.2 EDA技术简介41.2.1 EDA概述51.2.2 EDA技术的应用51.3 VHDL语言51.3.1 VHDL语言简介51.3.2 VHDL语言的优势6第
2、二章 工作原理72.1 数字基带传输原理72.2 HDB3码编码原理72.3 HDB3码解码原理8第三章 基于Quartus II的HDB3码编解码器的设计93.1 HDB3编码器设计93.1.1 HDB3 编码器总体设计思路93.1.2 插 V 模块93.1.3 插B模块103.1.4 单/ 双极性转换模块113.1.5 HDB3编码器整体仿真113.2 HDB3解码器设计133.2.1 HDB3解码器总体设计思路133.2.2 检测V并去V模块143.2.3 检测B并去B模块143.2.4 双/单极性转换模块153.1.5 HDB3解码器整体仿真15参考文件17体会与建议18附录19序言传
3、输数字信号的通信系统称为数字通信系统。数字通信系统以其抗干扰能力强，无噪声积累，传输差错可控，便于计算处理、变换、存储，易于加密，易于小型化、集成化等优势，成为当代通信领域的主流技术。将基带数字序列信号经过适当的码型变换后直接送入信道传输，称为基带数字序列信号传输，简称基带传输。数字基带传输过程中，高频分量越大，对邻近信道产生的干扰就越严重，所以高频分量应该尽量少；另外，传输中直流或低频信号衰减快，信号传输一定距离后会严重畸变，所以不应含有直流或低频频率分量。除此之外，为方便从接收到的基带信号中提取同步信息，还应包含定时频率分量。由于HDB3码具有无直流分量，低频成分少，连0的个数不超过三个，
4、对定时信号的恢复十分有利，具有内在的检错能力等优点，根据上述数字基带传输的特点可知：HDB3码是比较适合基带传输码型之一。在该实验报告中，介绍了使用VHDL语言实现HDB3码的编码器和解码器的功能。第一章 QuartusII软件及其相关简介1.1 Quartus II简介1.1.1 Quartus II基本特点Quartus II软件可以在XP、Linux以及Unix上使用，提供了完善的用户图形界面设计方式，具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。此外，Quartus II支持Altera的IP核，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。还有，Quartu
5、s II 通过DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。如今，Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。1.1.2 Quartus II 功能介绍Quartus II提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性和以下一些功能：可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将
6、其保存为设计实体文件；具有完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具以及定时/时序分析与关键路径延时分析。此外，还支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件，通过组合编译方式可一次完成整体设计流程；并且能够自动定位编译错误和能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表文件等。1.2 EDA技术简介1.2.1 EDA概述EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计
7、算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。1.2.2 EDA技术的应用如今，EDA技术的应用已经非常广泛，在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。此外，EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。1.3 VH
8、DL语言1.3.1 VHDL语言简介VHDL语言即超高速集成电路硬件描述语言，是一种用于电路设计的高级语言，在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 。VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部和内部，既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就
9、可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。1.3.2 VHDL语言的优势首先，与其他的硬件描述语言相比，VHDL语言具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。其次，VHDL语言有丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。还有，对于用VHDL语言完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门级网表。最后，VHDL语言对设计的描述具
10、有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。第二章 工作原理2.1 数字基带传输原理在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输，这样的传输系统，称为数字基带传输系统。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带波形都适合在信道中传输。例如，含有丰富直流分量和低频分量的单极性基带波形就不适宜在低频传输特性差的信道中传输，因为这有可能造成信号的严重畸变。又如，当消息码中包含长连“0”或“1”时，非归零波形呈现出连续的固定电平，以致于无法提取定时信息。单极性归零码在传送长连“0”时，也存在
11、同样的问题。因此，在选择传输码型时会考虑以下一些原则： （1）不含直流，且低频分量尽量少； （2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号； （3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带； （4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测； （6）编译码简单，以降低通信延时和成本。2.2 HDB3码编码原理 （1）将消息代码变换成AMI码； （2）检查AMI码中的连0情况，当无4个以上的连0传时，则保持AMI的形式不变； （3）若出现4个或4个以上连0时，则将1后的第4个0变为与前一非0符号（+1或
12、-1）同极性的符号，用V表示（+1记为+V，-1记为-V），V称为破坏码； （4）检查相邻V符号间的非0符号的个数是否为偶数，若为偶数，则再将当前的V符号的前一非0符号后的第1个0变为+B或-B符号，且B的极性与前一非0符号的极性相反，并使后面的非0符号从V符号开始再交替变化。 编码举例如下：表2-1 HDB3码编码举例消息码1000011000011AMI码+10000-1+10000-1+1HDB3码+1000+V-1+1-B00-V+1-1HDB3码的特点如下：（1） 基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分；（2） 连0串符号最多只有3个，利于定时信息的提取；（3） 不受信源统计特性的
13、影响。2.3 HDB3码解码原理HDB3码的解码是编码的逆过程。从上述编码规则可以看出，每一个破坏脉冲“V”总是与前一非“0”脉冲同极性（包括B）。也就是说，从接收到得消息码中可以很容易的找到破坏点“V”，于是也就断定“V”符号及其前面的三个符号必是连“0”符号，从而恢复4个连“0”码，再将所有“-1”变成“+1”后便可的到源消息码。 解码举例如下：表2-2 HDB3码解码举例HDB3码+1000+1-1+1-100-1+1-1V符号+V-V解 码1000011000011第三章 基于Quartus II的HDB3码编解码器的设计3.1 HDB3编码器设计3.1.1 HDB3 编码器总体设计思路在实际设计中，若按照第二章中编码原理需要先把消息码转换成AMI码，再进行插“V”和“B”的操作，最后还要依据编码规则变换“1”的极性。这样做需要大量的寄存器，同时电路结构也变得十分复杂。以我现在所掌握的知识还无法完成。因此，在实际的设计中，首先完成插“V”工作，然后完成插“B”功能，最后完成单极性变双极性的信号输出。这样做的好处是：输入进来的信号和插“V”、插“B”功能电路中处理的信号都是单极性信号，且需要的寄存器的数目可以少很多。
